META2016_Incrementar La Eficiencia Energética de La Digestión Anaerobia

Incrementar la eficiencia energética de la digestión anaerobia de lodos EDAR y el uso de pre-tratamiento térmico mediante microondas E.J. Martínez1, J.G. Rosas1, R. Mateos1, X. Gómez1* 1

Ingeniería Química, Ambiental y Bioprocesos, Instituto de Recursos Naturales, Universidad de León, Avda. Portugal, 41, 24009, León

INTRODUCCIÓN Los altos costes de la energía obligan al incremento de la eficiencia de los procesos destinados a la estabilización de lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR). Los sistemas convencionales para el tratamiento de aguas residuales, si bien cumplen una labor social imprescindible, enfrentan numerosos retos asociados al aumento en el consumo de energía y a los niveles de depuración del agua y estabilización del fango. El alto consumo energético y la inevitable generación de lodos son dos puntos críticos sobre los cuales cualquier tipo de mejora consigue impactar de forma significativa en la gestión sostenible de este tipo de tratamientos.

MATERIAL Y MÉTODOS

RESULTADOS (2/2)

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Para la realización de los experimentos se emplearon lodo primario, secundario. Como inóculo se empleó lodo digerido obtenido de la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de la ciudad de León, con un contenido en sólidos totales de 37.6 y 29.1 g L-1, respectivamente.

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El Pre-tratamiento con microondas se aplicó a 200 mL de lodo activado dispuesto en matraces Erlenmeyer, tapados para evitar la evaporación. El tiempo de irradiación y la potencia se fijaron para obtener energías de irradiación de 488, 675, 975, 2025, 2700 kJ L-1.

Matraces Erlenmeyer 250ml

Lodo activado

Digestión •

La digestión anaerobia de los lodos se realizó en discontinuo y semicontinuo entre 35-37 °C.

RESULTADOS (1/2) La Figura 1a representa la evolución en la solubilización de la materia orgánica (MO) medida en términos de carbono orgánico total (COT). Tras la digestión del lodo, el valor de COT disminuye de un 13 a un 70% con excepción de la muestra sin pre-tratamiento la cual incrementa su valor indicando la liberación de los metabolitos secundarios excretados por los consorcios anaerobios y/o las sustancias sin degradar.

Los sistemas presentaron una disminución en la producción específica de gas con la disminución del tiempo de retención hidráulica (TRH). Los beneficios del pre-tratamiento son claramente notables obteniéndose entre 40-45% más de metano para los TRH de 2510 d sobre el sistema sin pre-tratamiento.

Figura 2.- Producción de metano en semicontinuo del lodo y el lodo pretratado con microondas

Se realizó un balance energético para el sistema con lodo pre-tratado estimando el aprovechamiento de calor del proceso de acuerdo a la ecuación: EQ total = EQ aportes– EQ demandas (Tabla 1).

La Figura 3 representa las demandas y aportes de energía del proceso global. Mientras que dichos valores energéticos se encuentran recogidos en la Tabla 1. Para este particular caso de estudio las demandas de energía en forma de calor del proceso están cubiertas. Caso de estudio Volumen de reactor = 2600 m3, TRH 25 d Carga orgánica = 4071 kg SV PEM = 0,324 m3 CH4 kg SV-1 .

Figura 3.- Esquema de balance energético del proceso de digestión anaerobia de lodo pretratado con microondas. Figura 1.- a) Evolución de la solubilización de materia orgánica (MO) en términos de carbono orgánico total (COT), b) Producción específica de metano del lodo y el lodo pretratado con microondas a diferentes energías de irradiación

El incremento en el contenido en COT se vio traducido en una mayor producción específica de metano (Figura 1b). Para la menor energía aplicada de 488 kJ L-1 se obtuvo un 25% de incremento en la producción especifica de metano (PEM) con respecto al sistema sin pre-tratamiento, dicho porcentaje aumentó con el incremento de la energía aplicada. Si bien es cierto que el aumento en la energía provocó un aumento en la producción de metano, mas allá de la energía de 975 kJ L-1 donde se obtuvo un 46% de mejora en la PEM no se observaron deferencias significativas al aplicar valores mayores de energía.

El sistema en semi-continuo fue evaluado con una mezcla de lodo primario y lodo activado de acuerdo a la proporción volumétrica establecida en la estación depuradora de León (30.4% de LP, 69.4% de LA). Uno de los reactores se evaluó aplicando el pre-tratamiento con microondas a 975 kJ L-1 al lodo alimentado, mientras que el otro reactor fue evaluado como blanco (lodo sin pretratamiento) (Figura 2).

Tabla 1.- Balance energético estimando para el aprovechamiento de calor de la digestión anaerobia del sistema pretratado con microondas

Concepto energético Pérdidas en digestor (15-37) °C Calentamiento lodo primario (15-37) °C Incremento de temperatura (15-96) °C Energía térmica del proceso a cubrir Energía necesaria para el pretratamiento (vaporización) Demandas de energía Recuperación de calor de Vaporización Enfriamiento lodo secundario (96-37) °C Energía térmica producida en CHP a partir de biogás Aportes de energía EQ total

MJ dia-1 -10644.48 -3548.16 -3810.24 -18002.88 -56878.02 -74880.90 40288.64 15727.04 21190.42 77206.1 2325.14

CONCLUSIONES

El pre-tratamiento afectó a la solubilización de las partículas orgánicas, observándose un incremento en el material orgánico disponible en la digestión. Se obtuvo una mejora en el rendimiento de metano desde 24% hasta 69% en régimen discontinuo y alrededor del 43% en el sistema semicontinuo respecto al sistema sin pre-tratamiento. Adicionalmente, el reactor semi-continuo presentó una mayor mineralización de la materia orgánica al ser alimentado con lodo pretratado. La tecnología de microondas ha demostrado presentar una alta eficiencia en comparación con los procesos convencionales consiguiendo menores consumos energéticos por unidad de incremento de temperatura y logrando de este modo una alta higienización del lodo.